PL219140B1

PL219140B1 - Sposób wytwarzania anizotropowej stali elektrotechnicznej o wysokich właściwościach magnetycznych

Info

Publication number: PL219140B1
Application number: PL398128A
Authority: PL
Inventors: Yuriy Ivanovich Larin; Mikhail Yurievich Poliakov; Genrikh Avramovich Tseytlin
Original assignee: Open Joint Stock Company Novolipetsk Steel
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2015-03-31
Also published as: RU2407809C1; CZ306147B6; PL398128A1; WO2011016756A1; BR112012001809A2; CZ201228A3

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy dziedziny metalurgii żelaza i może być stosowany przy wytwarzaniu walcowanej na zimno anizotropowej stali elektrotechnicznej.

Najbardziej bliski rozwiązaniu technicznemu pod względem całokształtu istotnych cech jest „Sposób wytwarzania arkusza ze stali elektrotechnicznej o orientowanych ziarnach i wysokich właściwościach magnetycznych”, według patentu rosyjskiego nr 2193603, obejmujący odlewanie ciągłe stali, uzyskanie wlewka ze stali, wyżarzanie wysokotemperaturowe, walcowanie na gorąco, walcowanie taśm na zimno przebiegające jednoetapowo lub w większej liczbie etapów, ciągłe pierwotne, rekrystalizujące wyżarzanie odwęglające i wyżarzanie azotujące, nakładanie warstwy rozdzielającej, przeciwdziałającej zlepianiu się, oraz wyżarzanie w piecu wsadowym dla przeprowadzenia rekrystalizacji wtórnej.

We wskazanym wyżej sposobie wynik techniczny uzyskania stali o wysokiej indukcji magnetycznej osiąga się przez ciągłe odlewanie stali, zawierającej, w % wagowych, 2,5% - 4,5% krzemu, 0,015% - 0,075% a korzystnie 0,025% - 0,050% węgla, 0,03% - 0,40% a korzystnie 0,05% - 0,20% manganu, poniżej 0,012% a korzystnie 0,005% - 0,007% siarki, 0,010% - 0,040% a korzystnie 0,02% 0,035% glinu, 0,003% - 0,012% a korzystnie 0,006% - 0,010% azotu, poniżej 0,005% a korzystnie poniżej 0,003% tytanu, przy czym reszta to żelazo i minimalna ilość nieuniknionych zanieczyszczeń, wysokotemperaturowe wyżarzanie wlewków w temperaturze 1200 do 1320°C a korzystnie 1270 1310°C, chłodzenie walcowanej na gorąco blachy do temperatury poniżej 700°C a korzystnie poniżej 600°C, szybkie nagrzewanie blachy walcowanej na gorąco, najpierw do 1000 - 1150°C a korzystnie 1060 - 1130°C, z kolejnym chłodzeniem, wygrzewaniem w 800 - 950°C a korzystnie 900 - 950°C, z następnym hartowaniem, korzystnie w wodzie i parze wodnej, rozpoczynając od temperatury w przedziale od 700 do 800°C, pierwotne wyżarzanie odwęglające dla przeprowadzenia rekrystalizacji pierwotnej blachy walcowanej na zimno w 800 - 950°C w ciągu od 50 do 350 s w wilgotnej atmosferze azotowo-wodorowej, przy PH2/PH2O W przedziale 0,3 - 0,7, ciągłe wyżarzanie azotujące w temperaturze 850 - 1050°C w ciągu od 15 do 120 s, z doprowadzaniem do pieca atmosfery azotowo-wodorowej zawierającej od 1 do 35 litrów normalnych NH3 na kilogram blachy, przy zawartości pary wodnej od 0,5 do 100 g/m³.

Wyżarzanie dla przeprowadzenia rekrystalizacji wtórnej w końcowym etapie obróbki prowadzi się w temperaturze 700 - 1200°C w ciągu od 2 do 10 godzin, a korzystnie mniej niż 4 godziny.

Odlewane w sposób ciągły wlewki mają korzystnie następujący regulowany skład w % wagowych: 2,5% - 3,5% krzemu, 0,025 do 0,055% węgla, 0,08% - 0,15% manganu, 0,025% - 0,035% rozpuszczalnego glinu, 0,006% - 0,010% azotu, 0,006% - 0,008% siarki i poniżej 0,004% tytanu, przy czym reszta to żelazo i minimalna ilość nieuniknionych zanieczyszczeń. Szybkie nagrzewanie blachy walcowanej na gorąco prowadzi się w temperaturze 1060 - 1130°C, blachę walcowaną na gorąco chłodzi się do temperatury 900 - 950°C i wygrzewa w tej temperaturze, a następnie hartuje się w wodzie lub w parze wodnej zaczynając od 700 do 800°C, korzystnie walcuje się na zimno w jednym etapie przy utrzymywaniu temperatury walcowania co najmniej 180°C, co najmniej dla części przejść, w szczególności w dwóch pośrednich przejściach temperatura walcowania wynosi 200 - 220°C, temperatura odwęglania wynosi korzystnie 830 - 880°C podczas gdy wyżarzanie azotujące korzystnie wykonuje się przy 950°C lub powyżej, wyżarzanie dla przeprowadzenia rekrystalizacji wtórnej w końcowym etapie obróbki prowadzi się w temperaturze nagrzewania od 700 do 1200°C w ciągu od 2 do 10 godzin, a korzystnie mniej niż 4 godziny.

Znane rozwiązanie techniczne (patent rosyjski nr 2193603) ma następujące wady:

- wysoka temperatura nagrzewania wlewków, przy której tworzy się zgorzelina, co wymaga dodatkowego czasu na zatrzymanie pieca, żeby usunąć zgorzelinę, i prowadzi do obniżenia wydajności walcarki do walcowania na gorąco,

- zwiększone zużycie paliwa przy nagrzewaniu wlewków stali o ziarnach zorientowanych,

- nieregulowana szybkość chłodzenia przy wyżarzaniu taśmy walcowanej na gorąco w przedziale temperatur od 1000 - 1150°C do 800 - 950°C i szybkość chłodzenia przy hartowaniu, co prowadzi do rozrzutu parametrów strukturalnych i teksturalnych taśmy, i może odbić się negatywnie na właściwościach mechanicznych stali walcowanej na gorąco, szybkości zrywania przy walcowaniu na zimno oraz na poziomie właściwości magnetycznych gotowej stali,

PL 219 140 B1

- nieregulowana szybkość nagrzewania taśmy walcowanej na zimno przed wyżarzaniem odwęglającym rekrystalizującym, co prowadzi do niestabilności początkowego stadium rekrystalizacji pierwotnej i może odbić się na poziomie właściwości magnetycznych gotowej stali,

- duże zużycie amoniaku przy wyżarzaniu azotującym.

Wysokogatunkowej anizotropowej stali elektrotechnicznej, stosowanej do wytwarzania różnych typów przewodów magnetycznych dla ważnych urządzeń elektrycznych, stawiane są następujące podstawowe wymagania dotyczące właściwości magnetycznych: stal powinna mieć wysoką przenikalność magnetyczną i odpowiednio wysoką indukcję magnetyczną, przy minimalnych stratach na przemagnesowanie.

W celu spełnienia tych wymagań gotowa stal musi posiadać określone parametry struktury ziarna - doskonałą teksturę {110}<001> i optymalną wielkość ziarna, które kształtują się w trakcie rekrystalizacji wtórnej w procesie wyżarzania wysokotemperaturowego.

Problem rozwiązywany przez proponowane rozwiązanie techniczne to poprawienie właściwości magnetycznych anizotropowej stali elektrotechnicznej, wytworzenie anizotropowej stali o małych stratach na przemagnesowanie (P₁,_7/50 < 1/0 W/kg) i o wysokiej indukcji magnetycznej (B₈₀₀ > 1,90 T), a także stabilizacja i optymalizacja operacji technologicznych.

Przy tym osiąga się taki wynik techniczny jak:

- uzyskanie anizotropowej stali o małych stratach na przemagnesowanie (P1,7/50 < 1/0 W/kg) i wysokiej indukcji magnetycznej (B800 > 1/90 T),

- zwiększenie wydajności walcarki do walcowania na gorąco,

- zwiększenie udziału stali wysokogatunkowej,

- zmniejszenie kosztów własnych produkcji anizotropowej stali elektrotechnicznej i uzyskanie dodatkowego zysku.

Wynik techniczny osiąga się dzięki temu, że sposób wytwarzania anizotropowej stali elektrotechnicznej obejmuje: wytapianie stali zawierającej, w % wagowych, 2,5% - 3,5% krzemu, 0,045% 0,065% węgla, 0,03% - 0,40% manganu, 0,004% - 0,013% azotu, mniej niż 0,012% siarki, 0,010% 0,040% glinu, mniej niż 0,005% tytanu, przy czym reszta to żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, ciągłe odlewanie stali we wlewki, nagrzewanie wlewków w piecu grzewczym, walcowanie na gorąco, wyżarzanie taśm walcowanych na gorąco, walcowanie taśm na zimno, wyżarzanie rekrystalizującoodwęglające taśm walcowanych na zimno w wilgotnej atmosferze azotowo-wodorowej, azotowanie, nakładanie warstwy odpornej na działanie temperatury, wyżarzan ie wysokotemperaturowe dla przeprowadzenia rekrystalizacji wtórnej, gdzie zgodnie z wynalazkiem stal odlewa się w sposób ciągły do grubości wlewka 200 - 270 mm, po czym wlewki umieszcza się w piecu przy temperaturze powierzchni wlewka wynoszącej co najmniej 450°C i nagrzewa się je do temperatury 1100 - 1200°C, a następnie wlewki poddaje się walcowaniu na gorąco, zaś otrzymaną taśmę walcowaną na gorąco poddaje się wyżarzaniu z nagrzewaniem do i wygrzewaniem w temperaturze 1070 - 1200°C, po czym chłodzi się do temperatury 900 - 980°C z szybkością 6 - 12°C/s i wygrzewa się w tej temperaturze, a następnie chłodzi się od temperatury 800 - 950°C z szybkością 20 - 50°C/s wodą o temperaturze 35 - 65°C, przy czym w ciągu co najwyżej 120 godzin po wyżarzaniu stal poddaje się walcowaniu na zimno w jednym lub więcej etapów, a wytworzoną taśmę walcowaną na zimno nagrzewa się w sposób ciągły z szybkością 16 - 60°C/s do temperatury 750 - 800°C, w której prowadzi się wyżarzanie odwęglające, a następnie taśmę poddaje się azotowaniu w atmosferze azotowo-wodorowej zawierającej amoniak, w temperaturze 750 - 850°C.

Walcowanie taśm na zimno można prowadzić dwuetapowo, przy czym pierwszy etap walcowania prowadzi się z całkowitym stopniem zgniotu od 60 do 80% i dodatkową obróbką cieplną.

Przy pośredniej grubości taśmy wyżarzanie można prowadzić w temperaturze 150 - 300°C, w czasie od 3 minut do 20 godzin.

Walcowanie na zimno można też prowadzić w pojedynczym etapie, przy temperaturze taśmy wynoszącej 190 - 230°C, w co najmniej dwóch przejściach.

Azotowanie można prowadzić w końcowym etapie odwęglania.

Azotowanie można prowadzić po zakończeniu odwęglania.

Azotowanie można prowadzić w temperaturze 770 - 820°C w atmosferze azotowo-wodorowej zawierającej ponad 20% wodoru, ponad 0,5% objętościowo wody, przy stężeniu amoniaku NH3 wynoszącym 0,5% - 30%.

Atmosferę do azotowania wytwarza się przez przepuszczanie atmosfery azotowo-wodorowej przez wodny roztwór amoniaku o stężeniu NH3 wynoszącym 6 - 25%.

PL 219 140 B1

Atmosferę do azotowania można wytwarzać przez zmieszanie gazowego amoniaku NH3 z atmosferą azotowo-wodorową pieca.

Analiza porównawcza zaproponowanego rozwiązania technicznego z jego prototypem wykazuje, że zastrzegane rozwiązanie techniczne różni się od stanu techniki.

Zatem zastrzegany sposób spełnia kryterium nowości wynalazku.

Analiza porównawcza proponowanego rozwiązania wobec nie tylko jego prototypu lecz także innych rozwiązań technicznych pokazała, że stosunek grubości wlewków, zawartości węgla, regulowanie warunków nagrzewania wlewków - temperatura powierzchni przed wsadem do pieca grzewczego wynosi co najmniej 450°C a temperatura nagrzewania wlewków przed walcowaniem na gorąco wynosi 1100 - 1200°C - umożliwia poprawę właściwości elektromagnetycznych stali anizotropowej, zmniejszenie podatności na tworzenie zgorzeliny przy nagrzewaniu wlewków w piecach grzewczych przed walcowaniem na gorąco, zwiększenie wydajności walcarki do walcowania na gorąco, zmniejszenie zużycia paliwa przy nagrzewaniu wlewków i zmniejszenie straty metalu przy wytwarzaniu stali.

Reżimy wyżarzania taśmy walcowanej na gorąco w temperaturze od 1070 do 1200°C, z regulowaną szybkością chłodzenia w temperaturach od 1070 - 1200°C do 900 - 980°C, wygrzewaniem w tej temperaturze i szybkim chłodzeniem od 800 - 950°C z regulowaną szybkością wodą o określonej temperaturze, ciągłe wyżarzanie rekrystalizująco-odwęglające taśm walcowanych na zimno w wilgotnej atmosferze azotowo-wodorowej oraz azotowanie, nie tylko zwiększają udział produkcji wysokogatunkowej w ogólnej wielkości produkcji, lecz także obniżają koszty własne wytwarzania anizotropowej stali elektrotechnicznej i pozwalają na uzyskanie dodatkowego zysku.

A zatem zastrzegany zespół istotnych różnic parametrów sposobu zapewnia otrzymanie wymienionego wyniku technicznego, co według twórców wynalazku spełnia kryterium poziomu wynalazczego wynalazku.

Istota wynalazku jest objaśniona, jak następuje.

Wiadomo, że w produkcji anizotropowej stali elektrotechnicznej w celu zabezpieczenia selektywnego wzrostu orientowanych ziaren {110}<001> niezbędna jest obecność rozproszonych wtrąceń drugiej fazy, o określonej ilości i rozmiarze przed rozpoczęciem rekrystalizacji pierwotnej, podczas rekrystalizacji pierwotnej i podczas rekrystalizacji wtórnej. W zastrzeganym sposobie głównym inhibitorem drugiej fazy jest azotek glinu. Kształtowanie warunków niezbędnych dla uzyskania żądanych parametrów fazy rozproszonej występuje na wszystkich etapach, zaczynając od wytopienia i kończąc na wyżarzaniu wysokotemperaturowym dla rekrystalizacji wtórnej. Zastrzegany sposób obejmuje trzy główne etapy kształtowania fazy rozproszonej w niezbędnej ilości i jakości.

Pierwszy etap - wytopienie, ciągłe odlewanie wlewków, walcowanie na gorąco. Drugi etap - wyżarzanie taśmy walcowanej na gorąco. Trzeci etap - ciągłe wyżarzanie taśmy walcowanej na zimno, podczas którego zachodzi rekrystalizacja pierwotna, odwęglanie i azotowanie.

Podczas ciągłego odlewania stali w trakcie chłodzenia następuje wydzielanie i koagulacja cząstek azotku glinu. Parametry wydzielanej fazy zależą od składu chemicznego stali, zwłaszcza od udziału węgla, szybkości chłodzenia i temperatury wlewków.

Szybkość chłodzenia określają konstrukcyjne cechy układu chłodzenia instalacji do ciągłego odlewania wlewków (ICOW), szybkość odlewania i grubość wlewka. Zmieniając te parametry można oddziaływać na charakterystyki fazy rozproszonej. Jednakże na istniejących instalacjach zmiana reżimów odlewania, oprócz grubości wlewków, możliwa jest w dosyć ograniczonym zakresie.

Powszechnie uważa się, że dla rozpuszczania i następczego wydzielania azotku glinu podczas walcowania na gorąco temperatura nagrzewania wlewka powinna wynosić 1200 - 1300°C.

Przeprowadzone przez twórców badania pokazały, że niezbędną ilość składników tworzących fazę można uzyskać przy temperaturze nagrzewania wlewków, przed walcowaniem na gorąco, do 1100 - 1200°C, przy spełnieniu następujących parametrów technologicznych: zawartość węgla w stali przy wytopieniu powinna wynosić 0,045% - 0,065% wagowych, grubość wlewków - 200 - 270 mm, temperatura powierzchni wlewków przed umieszczeniem w piecu - co najmniej 450°C.

Zawartość węgla w zakresie 0,045 - 0,065% wagowych pozwala na uzyskanie zwiększonej ilości fazy γ podczas cyklu chłodzenia - nagrzewania i sprzyja utrzymaniu azotu w roztworze, ponieważ rozpuszczalność azotu w fazie γ jest znacznie wyższa niż w fazie a. Grubość wlewka od 200 do 270 mm zapewnia optymalną szybkość chłodzenia podczas odlewania, co przeszkadza tworzeniu większych wtrąceń azotków glinu, a także z powodu niskiej przewodności cieplnej stali krzemowej, z temperaturą powierzchni nie mniej niż 450°C, umożliwia utrzymanie w centralnych warstwach wlewka temperatury 700°C i więcej, i odpowiednio utrzymanie w roztworze wystarczającej ilości składników tworzących

PL 219 140 B1 fazę. Przy takich warunkach wyjściowych nagrzewanie wlewków przed walcowaniem na gorąco do temperatury 1100 - 1200°C, tj. w przedziale odpowiadającym maksymalnej ilości fazy γ w objętości metalu, pozwala na przeniesienie i utrzymanie w roztworze wystarczającej ilości składników tworzących fazę. Ponadto, nagrzewanie wlewków przed walcowaniem na gorąco do temperatury 1100 1200°C pozwala na zmniejszenie podatności na tworzenie zgorzeliny przy nagrzewaniu wlewków w piecu grzewczym, skrócenie czasu zatrzymania pieca grzewczego w celu usuwania zgorzeliny, i zwiększa wydajność walcarki do walcowania na gorąco.

Zatem, tylko spełnienie całości proponowanych, wzajemnie powiązanych warunków pozwala na realizację zastrzeżonego sposobu wytwarzania anizotropowej stali elektrotechnicznej o wysokich właściwościach magnetycznych.

W trakcie wyżarzania taśmy walcowanej na gorąco zachodzi modyfikacja cząstek fazy rozproszonej, zmiana podziału węgla między składnikami strukturalnymi i zmiana mikrostruktury metalu. Przy zastrzeganych parametrach wyżarzania - przy temperaturze nagrzewania i wygrzewania od 1100 do 1200°C, szybkości chłodzenia od 6 do 12°C/s do temperatur od 900 do 980°C, wygrzewaniu przy tej temperaturze i szybkim chłodzeniu od temperatur 800 - 950°C z szybkością od 20 do 50°C/s wodą o temperaturze od 35 do 65°C, kolejno zachodzi szereg procesów zapewniających niezbędny stan strukturalny taśmy walcowanej na gorąco przed walcowaniem na zimno. Nagrzewanie i wygrzewanie w temperaturze od 1100 do 1200°C, w przedziale maksymalnej ilości fazy γ w strukturze metalu, szybkość chłodzenia od 6 do 12°C/s do temperatur od 900 do 980°C i wygrzewanie w tej temperaturze zapewniają proces częściowego, dodatkowego wydzielenia rozproszonej fazy azotkowej i kształtowanie jej optymalnych rozmiarów, a także zmianę podziału zawartości węgla między składnikami strukturalnymi, co jest niezbędne dla przeprowadzenia z powodzeniem etapu końcowego wyżarzania, tj. szybkiego chłodzenia.

Przeprowadzone przez twórców badania pokazały, że końcowy etap wyżarzania taśmy walcowanej na gorąco - szybkie chłodzenie od temperatury 800 - 950°C z szybkością od 20 - 60°C/s wodą o temperaturze od 35 - 65°C - jest nadzwyczaj ważny dla uzyskania anizotropowej stali elektrotechnicznej o wysokich właściwościach magnetycznych. Przy zastrzeżonych reżimach zachodzi stabilizacja rozmiarów już wydzielonych cząstek rozproszonej fazy azotku (zapobiega się procesowi ich koagulacji), częściowo ustalają się w roztworze składniki tworzące fazę, a także ustala się w roztworze określona ilość węgla. Zastrzegane reżimy, poza stworzeniem warunków do uzyskania stali anizotropowej o wysokich właściwościach magnetycznych, zapewniają uzyskanie taśmy o wysokiej plastyczności, co pozwala na stabilizację procesu walcowania na zimno, prowadzi do minimum zrywania taśmy, charakterystycznego przy walcowaniu na zimno stali wysokokrzemowej, i w końcu powoduje zwiększenie wydajności zespołu walcowniczego do walcowania na zimno, zmniejszenie zużycia metalu i poprawę jakości gotowej stali.

Zatem, tylko spełnienie całości proponowanych warunków wyżarzania taśmy walcowanej na gorąco pozwala realizować zastrzeżony sposób wytwarzania anizotropowej stali elektrotechnicznej.

Struktura taśmy walcowanej na gorąco po wyżarzaniu z szybkim chłodzeniem znajduje się w stanie metastabilnym, i okres oczekiwania między operacjami wyżarzania taśmy walcowanej na gorąco i na zimno, powyżej 120 godzin, prowadzi do częściowego rozkładu przesyconego roztworu stałego i wydzielenia drobnych cząstek węglików. To prowadzi nie tylko do pogorszenia właściwości magnetycznych gotowej anizotropowej stali elektrotechnicznej, lecz również do pogorszenia plastyczności i zwiększenia zrywalności przy walcowaniu na zimno.

W procesie walcowania na zimno następuje zmniejszenie grubości taśmy do wymaganych rozmiarów i kształtowanie struktury krystalograficznej taśmy walcowanej. Określony stan teksturalny taśmy walcowanej na zimno jest ważny dla szeregu przekształceń teksturalnych podczas następującego po walcowaniu na zimno wyżarzania ciągłego, i w końcu dla kształtowania idealnej struktury daszkowej w gotowej stali. Jak po kazały przeprowadzone badania, sprzyjający wpływ na teksturę walcowania na zimno i w końcu na właściwości magnetyczne gotowej stali wywiera starzenie - wydzielenie węglików na defektach sieci krystalicznej, zachodzące między przejściami przy walcowaniu na zimno. Starzenie można zapoczątkować za równo przez obróbkę cieplną taśmy o grubości pośredniej, walcowanej ze stopniem zgniotu 60 - 80% w temperaturze od 150 - 300°C z czasem wygrzewania od 3 minut do 20 godzin, jak i przez utrzymywanie temperatury taśmy 190 - 230°C kosztem ciepła wyzwolonego podczas odkształcania w nie mniej niż dwóch przejściach.

PL 219 140 B1

W trakcie ciągłego wyżarzania taśmy walcowanej na zimno zachodzi kolejno szereg procesów, i spełnienie ich parametrów technologicznych w zgłoszonych granicach zapewnia uzyskanie anizotropowej stali elektrotechnicznej o wysokich właściwościach magnetycznych.

Nagrzewanie taśmy, przy ciągłym wyżarzaniu, z szybkością od 16 do 60°C/s do temperatury wynoszącej 750 do 800°C przeszkadza koagulacji i rozpuszczaniu drobnych cząstek drugiej fazy, których obecność jest niezbędna w odkształconej osnowie na etapie początkowym rekrystalizacji pierwotnej.

Cząstki fazy rozproszonej wstrzymują wzrost ziaren zorientowanych inaczej od tekstury Gossa {110}<001> i sprzyjają kształtowaniu mikroobszarów o orientacji zbliżonej do {110}<001>, które transformując zapewniają w końcu wzrost ziaren o wskazanej orientacji podczas rekrystalizacji wtórnej. Oprócz wstrzymującego działania w trakcie szybkiego nagrzewania, faza hamująca sprzyja zmniejszeniu nieregularności w rozkładzie ziaren mikrostruktury i tym samym sprzyja kontrolowanemu wzrostowi ziaren rekrystalizacji pierwotnej.

Podczas ciągłego wyżarzania przy rekrystalizacji pierwotnej i odwęglaniu kształtuje się mikrostruktura o optymalnym rozmiarze ziarna, różnoziarnistości i stanie teksturowym. Jednakże, ilość rozproszonych azotków glinu jest niewystarczająca dla wytworzenia ziaren o wyraźnej teksturze Gossa {110}<001> w wyniku rekrystalizacji wtórnej przy następnym wyżarzaniu wysokotemperaturowym.

W celu zwiększenia gęstości rozproszonych azotków glinu przeprowadza się azotowanie w temperaturze od 750 do 850°C, a korzystnie w temperaturze od 770 do 820°C w atmosferze azotowo-wodorowej z zawartością wodoru powyżej 20%, wody powyżej 0,5% i stężonego amoniaku od 0,5 do 30%. Przy zastrzeganych parametrach azotowania osiąga się wzrost udziału masowego azotu w metalu o 0,008 - 0,015%, i zapewniony jest stabilny proces rekrystalizacji wtórnej przy wyżarzaniu wysokotemperaturowym z uzyskaniem anizotropowej stali elektrotechnicznej o wysokich właściwościach magnetycznych.

Azotowanie w ramach zastrzeżonego sposobu jest możliwe na końcowym etapie odwęglania lub po zakończeniu odwęglania.

W pierwszym przypadku atmosfera zawierająca amoniak jest podawana do strefy odwęglania na końcowym odcinku gdy intensywność procesu odwęglania zanika, i przy tym jednocześnie zachodzą dwa procesy - usuwanie węgla z malejącą szybkością aż do jego minimalnej zawartości w stali oraz nasycanie metalu azotem.

W drugim przypadku atmosfera zawierająca amoniak jest podawana po zakończeniu odwęglania i osiągnięciu minimalnej zawartości węgla w stali.

Każdy z tych sposobów pozwala na osiągnięcie takiego samego wyniku z punktu widzenia właściwości magnetycznych gotowej stali, lecz agregat, w którym przeprowadza się wyżarzenie może mieć różne rozwiązania konstrukcyjne. Na przykład w pierwszym przypadku można pominąć specjalną strefę z piecem do przeprowadzenia azotowania.

Uzyskanie atmosfery azotowo-wodorowej do azotowania, zawierającej amoniak, w ramach zastrzeganego sposobu możliwe jest przez zmieszanie atmosfery azotowo-wodorowej z czystym amoniakiem lub przepuszczanie atmosfery azotowo-wodorowej przez roztwór wodny amoniaku o stężeniu 6 - 25%.

Przy podobnym wyniku azotowania technika wykonania tych sposobów będzie odmienna. Drugi sposób - wykorzystanie roztworu wodnego amoniaku - jest prostszy w realizacji, i nie wymaga przestrzegania rygorystycznych warunków i specjalnych wymagań bezpieczeństwa niezbędnych przy zastosowaniu czystego gazowego amoniaku.

Niżej przedstawione są przykłady wykonania zastrzeżonego wynalazku, nie wykluczające innych przykładów w zakresie zastrzeżeń wynalazku.

Stal elektrotechniczną wytapiano w piecu konwertorowym, odlewano we wlewki na urządzeniu do ciągłego odlewania stali, walcowanie na gorąco wykonywano w zespole ciągłym szerokotaśmowym do walcowania na gorąco, wyżarzanie taśmy walcowanej na gorąco przeprowadzano w agregacie normalizującym o działaniu ciągłym, jednoetapowe walcowanie taśm na zimno wykonywano w zespole czterowalcowym nawrotnym do walcowania na zimno, zaś przy walcowaniu na zimno w dwóch etapach pierwszy etap ze stopniem zgniotu od 60 do 80% wykonywano w zespole czteroklatkowym ciągłym czterowalcowym do walcowania na zimno, pośrednią obróbkę wykonywano w przelotowym piecu o działaniu ciągłym lub w piecu wsadowym, a drugi etap walcowania taśm na zimno wykonywano w zespole czterowalcowym nawrotnym do walcowania na zimno, ciągłe wyżarzanie taśmy walcowanej na zimno, w trakcie którego wykonywano rekrystalizację, odwęglanie i azotoPL 219 140 B1 wanie, przeprowadzano w agregacie ciągłego działania do obróbki cieplnej podzielonym na strefy, posiadającym system przygotowania i podawania do pieca atmosfery ochronnej azotowo-wodorowej i amoniaku, warstwę odporną na działanie temperatury nakładano na osobnym agregacie, a wyżarzanie wysokotemperaturowe przeprowadzano w temperaturze 1200°C w ciągu 20 godzin w piecu wsadowym.

Skład chemiczny wytopionej stali elektrotechnicznej podany jest w tabeli 1, a warianty realizacji zgłoszonego sposobu podane są w tabeli 2.

Skład chemiczny stali elektrotechnicznej

T a b e l a 1

Skład w % wagowych
Si	Mn	N	S	Ti	^AlKP	C
3,15	0,09	0,007	0,006	0,004	0,028	0,059

A zatem, powyższy opis zastrzeganego sposobu wytwarzania anizotropowej stali elektrotechnicznej o wysokich właściwościach magnetycznych potwierdza jego wykonalność i oczekiwany efekt techniczny.

Warianty realizacji zgłoszonego sposobu

T a b e l a 2

Nr	Parametr technologiczny	Wartości zastrzegane	Nr schematu obróbki
1	2	3	4	5	6	7
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Grubość wlewka, mm	200-270	250	250	250	250	250	250	250
2	Temperatura powierzchni wlewka przed załadowaniem do pieca grzewczego, °C	min 450	650	650	650	650	370	370	420
3	Temperatura nagrzewania wlewka przed walcowaniem na gorąco, °C	1100-1200	1180	1180	1180	1180	1150	1150	1080
4	Temperatura nagrzewania taśmy walcowanej na gorąco, °C	1070-1200	1160	1160	1150	1140	1140	1140	1050
5	Szybkość chłodzenia, °C/s	6-12	11	11	9	10	4	14	14
6	Temperatura wygrzewania, °C	900-980	960	960	940	940	880	890	880
7	Temperatura rozpoczęcia chłodzenia, °C	800-970	945	945	920	920	770	870	870
8	Szybkość chłodzenia, °C/s	20-50	32	32	35	33	30	58	60
9	Temperatura chłodzącej wody, °C	35-65	45	45	48	45	45	30	30
10	Czas wygrzewania od wyżarzania taśmy walcowanej na gorąco do walcowania na zimno, h	nie więcej niż 120	72	72	70	70	72	148	148
11	Ilość etapów przy walcowaniu na zimno	1 lub 2	2	2	2	1	2	1	1

PL 219 140 B1 cd. tabeli 2

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
12	Temperatura taśmy przy walcowaniu jednoetapowym, °C	190-230	-	-	-	200	-	210	215
13	Temperatura pośredniej obróbki termicznej przy walcowaniu na zimno w 2 etapach, °C	150-300	270	270	270	-	260	-	-
14	Czas wygrzewania przy pośredniej obróbce termicznej, min	3-1200 min	4	4	4	-	960	-	-
15	Szybkość nagrzewania przy ciągłym wyżarzaniu, °C/s	15-60	31	39	30	30	30	18	18
16	Temperatura nagrzewania, °C	750-800	790	790	790	770	790	800	800
17	Temperatura azotowania, °C	750-850 (770-820)	790	780	800	800	790	800	800
18	Stężenie H₂ w atmosferze do azotowania, % obj.	ponad 20	27	24	26	26	24	22	18
19	Zawartość H₂O w atmosferze do azotowania, % obj.	ponad 0,5	4,55	4,6	0,6	0,6	4,0	0,8	0,4
20	Stężenie NH₃, % obj.	0,5-30	4,6	4,7	4,0	4,0	4,0	6,0	4,0
21	Miejsce przeprowadzenia azotowania	1. w końcowej fazie odwęglania 2. po zakończeniu odwęglania	1	1	2	2	1	2	2
22	Sposób uzyskania atmosfery do azotowania	1. przepuszczanie przez roztwór wodny amoniaku 2. mieszanie azotowowodorowej atmosfery z amoniakiem gazowym	1	1	2	2	1	2	2
23	Jednostkowe straty na przemagnesowywanie P₁,_7/s₀, W/kg		0,94	0,89	0,95	0,94	1,16	1,22	1,28
24	Indukcja magnetyczna B₈₀₀, T		1,94	1,93	1,93	1,92	1,88	1,84	1,83
25	Grubość gotowej stali, mm		0,30	0,27	0,30	0,30	0,30	0,30	0,30

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Sposób wytwarzania anizotropowej stali elektrotechnicznej o wysokich właściwościach magnetycznych, obejmujący: wytapianie stali zawierającej, w % wagowych, 2,5% - 3,5% krzemu, 0,045% - 0,065% węgla, 0,03% - 0,40% manganu, 0,004% - 0,013% azotu, mniej niż 0,012% siarki, 0,010% 0,040% glinu, mniej niż 0,005% tytanu, przy czym reszta to żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, ciągłe odlewanie stali we wlewki, nagrzewanie wlewków w piecu grzewczym, walcowanie na gorąco, wyżarzanie taśm walcowanych na gorąco, walcowanie taśm na zimno, wyżarzanie rekrystalizującoPL 219 140 B1 odwęglające taśm walcowanych na zimno w wilgotnej atmosferze azotowo-wodorowej, azotowanie, nakładanie warstwy odpornej na działanie temperatury, wyżarzanie wysokotemperaturowe dla przeprowadzenia rekrystalizacji wtórnej, znamienny tym, że stal odlewa się w sposób ciągły do grubości wlewka 200 - 270 mm, po czym wlewki umieszcza się w piecu przy temperaturze powierzchni wlewka wynoszącej co najmniej 450°C i nagrzewa się je do temperatury 1100 - 1200°C, a następnie wlewki poddaje się walcowaniu na gorąco, zaś otrzymaną taśmę walcowaną na gorąco poddaje się wyżarzaniu z nagrzewaniem do i wygrzewaniem w temperaturze 1070 - 1200°C, po czym chłodzi się do temperatury 900 - 980°C z szybkością 6 - 12°C/s i wygrzewa się w tej temperaturze, a następnie chłodzi się od temperatury 800 - 950°C z szybkością 20 - 50°C/s wodą o temperaturze 35 - 65°C, przy czym w ciągu co najwyżej 120 godzin po wyżarzaniu stal poddaje się walcowaniu na zimno w jednym lub więcej etapów, a wytworzoną taśmę walcowaną na zimno nagrzewa się w sposób ciągły z szybkością 16 - 60°C/s do temperatury 750 - 800°C, w której prowadzi się wyżarzanie odwęglające, a następnie taśmę poddaje się azotowaniu w atmosferze azotowo-wodorowej zawierającej amoniak, w temperaturze 750 - 850°C.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że walcowanie na zimno prowadzi się dwuetapowo, przy czym pierwszy etap walcowania prowadzi się z całkowitym stopniem zgniotu 60 - 80% i dodatkową obróbką cieplną.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przy pośredniej grubości taśmy wyżarzanie prowadzi się w temperaturze 150 - 300°C, w czasie od 3 minut do 20 godzin.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że walcowanie na zimno prowadzi się w pojedynczym etapie, przy temperaturze taśmy wynoszącej 190 - 230°C, w co najmniej dwóch przejściach.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że azotowanie prowadzi się w końcowym etapie odwęglania.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że azotowanie prowadzi się po zakończeniu odwęglania.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że azotowanie prowadzi się w temperaturze 770 820°C w atmosferze azotowo-wodorowej zawierającej ponad 20% wodoru, ponad 0,5% objętościowo wody, przy stężeniu amoniaku NH3 wynoszącym 0,5% - 30%.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że atmosferę do azotowania wytwarza się przez przepuszczanie atmosfery azotowo-wodorowej przez wodny roztwór amoniaku o stężeniu NH3 wynoszącym 6 - 25%.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że atmosferę do azotowania wytwarza się przez zmieszanie gazowego amoniaku z atmosferą azotowo-wodorową pieca.